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Copernicus : le programme européen de surveillance de la Terre pour l’environnement et la sécurité

Grâce à Copernicus, les ressources satellitaires peuvent être accessibles gratuitement et en quelques heures ou quelques jours selon les modalités d’opérations. Les satellites Sentinel sont à la base de bien des analyses et produits d’information. Petit rappel des principes du programme et présentation des principaux modes de diffusion.

Descriptif

C’est en 2001 que l’Union Européenne décide de lancer GMES (Global Monitoring for Environment and Security) : un programme destiné à fournir à l’Europe et aux États membres des informations utiles à la surveillance de l’environnement et à la sécurité, afin de nourrir les politiques publiques, en s’appuyant sur les données d’observation de la Terre, des océans et de l’atmosphère. Le programme hérite des connaissances accumulées avec la constellation de satellites américains Landsat et le satellite européen ENVISAT, tout en intégrant la véritable volonté d’aboutir à des applications opérationnelles à grande échelle, portées par le secteur privé. Rebaptisé Copernicus en 2013, et opérationnel depuis 2014, le programme est basé sur un certain nombre de principes.

Services et produits

Les grand principes de Copernicus

Des satellites dédiés. Grâce à Copernicus, l’Europe s’est dotée de ses propres satellites, avec six familles de capteurs, fonctionnant par paires, afin d’assurer un suivi régulier de chaque point du globe. Ils acquièrent des données en continu et les envoient à des stations de réception en quasi-temps réel. Copernicus, c’est donc un flux continu de données spatiales qui couvrent presque toute la surface du globe, du Cap Horn au nord du Groenland et même jusqu’aux abords des Pôles.

Des données in situ. Des réseaux de mesure viennent compléter et valider les informations tirées des images (réseau des flotteurs Argo en mer par exemple).

Des services opérationnels ciblés et gratuits. Afin de faciliter l’usage des données acquises, un certain nombre de services opérationnels de base ont été définis qui fonctionnent aujourd’hui dans six domaines, terre, air, mer, urgences, climat et sécurité. Ils fournissent des alertes aux services en charge ainsi que des informations élaborées (prévisions de risques de crues, d’incendies, occupation du sol Corine Land Cover, surveillance de la banquise, qualité de l’air en Europe, indicateurs climatiques et sectoriels, prévisions de courants …).

Un accès libre. Financé par les contribuables européens (le coût du programme est estimé à 4.3 milliards d’euros entre 2014 et 2020), les données et informations produites dans le cadre de Copernicus sont diffusées en accès libre et gratuit même s’il faut souvent s’inscrire.

Une garantie de continuité. L’Europe s’est engagée à assurer le fonctionnement du programme jusqu’en 2030, mais elle réfléchit déjà à la prochaine génération de capteurs.

Sur le Cloud. L’arrivée massive de données (Copernicus générerait environ 10 Péta octets de données par an) oblige à revoir la notion même de diffusion. L’exploration et le stockage des données en ligne ainsi que les traitements dans le Cloud sont privilégiés, en particulier dans les nouveaux DIAS (Data Information and Access Services) mis en place par Copernicus avec l’Agence spatiale européenne (ESA).

Des services payants par un écosystème d’entreprises. Le rôle de Copernicus est également de favoriser le développement d’un secteur économique dynamique autour de l’exploitation des données spatiales. En complément de l’accès gratuit aux informations Copernicus, les DIAS jouent également le rôle de places de marché et accueillent des services payants proposés par des entreprises.

Les satellites Copernicus

Sentinel-1 : satellites radar lancés en 2014 et 2016, permettant des acquisitions tout temps et même de nuit, avec une résolution spatiale de 9 à 40 m et une revisite de l’ordre de 6 jours à l’équateur.

Sentinel-2 : satellites optiques haute résolution lancés en 2015 et 2017, dotés d’imageurs multispectraux (13 bandes spectrales) allant du visible au proche infrarouge. L’étendue de leur gamme spectrale et notamment leurs trois bandes rouge – proche infrarouge, sont très adaptées au suivi de la végétation. Même si la résolution n’est pas aussi fine que Pléiades (10 m à 60 m selon les canaux), Sentinel-2 bénéficie d’une large fauchée (290 km) et chaque point du globe est dans l’œil de l’un des deux satellites tous les 5 jours, dans les mêmes conditions d’éclairement et de visée.

Sentinel-3 : satellites munis d’imageurs multispectraux basse résolution (300 à 1 200 m) pour observer la couleur et la température de la surface, et d’altimètres qui revisitent chaque point de la Terre tous les deux jours pour la couleur et tous les jours pour la température. Ils servent essentiellement à l’océanographie et à la surveillance de la végétation.

Sentinel-4 : c’est un sondeur ultraviolet et infrarouge qui sera installé sur un satellite météorologique géostationnaire (Météosat de 3e génération) pour observer la composition de l’atmosphère. Lancement prévu en 2021.

Sentinel-5 : Comme Sentinel-4, c’est un imageur ultraviolet, visible et infrarouge qui sera installé sur un satellite météorologique défilant (MetOp 2e génération), dédié à la composition de l’atmosphère. En attendant, un satellite précurseur, Sentinel 5P, a été lancé en 2017 afin d’assurer la continuité des mesures, qui étaient fournies auparavant par Envisat.

Sentinel-6 : Altimètre radar qui sera lancé en 2020, dédié à l’altimétrie des mers et océans (poursuite de la mission Jason-2).

Les services Copernicus peuvent également exploiter d’autres ressources satellitaires, issues de différents programmes spatiaux dits « contributifs », tels que Pléiades, SPOT 6/7...

Selon le niveau de traitement, les images Sentinel-2 sont plus ou moins faciles à exploiter (ici, niveau 1C et 2A sur le portail Copernicus)

Selon le niveau de traitement, les images Sentinel-2 sont plus ou moins faciles à exploiter (ici, niveau 1C et 2A sur le portail Copernicus)
 

Domaines d'application

Les services Copernicus

Copernicus inclut six services conçus pour fournir aux utilisateurs publics et économiques des informations élaborées relatives au suivi des différents milieux environnementaux ou de certaines activités sensibles pour des seuls utilisateurs autorisés, en couvrant les différentes échelles, du global au régional, et pour certains au local. Ils sont développés dans six domaines, terre, air, mer, urgences, climat et sécurité :

  • Terre : surveillance des terres (végétation, eaux libres, humidité et biomasse), occupation des sols, ressources naturelles, gestion des territoires,

  • Mer : océanographie opérationnelle fournissant des analyses et des prévisions de courants, glaces, production biologique primaire, température et salinité.

  • Air : analyses et prévisions de la composition chimique de l’atmosphère, qualité de l’air, aérosols, gaz à effet de serre,

  • Urgence : cartographie d’aléas et de dégâts lors des catastrophes, prévision de risques de désastres (crues, feux de forêt), cartographie de risques avant crise et de récupération après crise, observatoire des sécheresses

  • Climat : informations pour le suivi et la prévision du changement climatique et de ses impacts sur certains secteurs d’activité, incluant en particulier des ré-analyses,

  • Sécurité : surveillance maritime (bateaux, pollutions), surveillance des frontières, aide aux interventions extérieures de l’Union européenne.

Ils ne sont pas forcément simples à identifier (tous les sites sont en anglais notamment), aussi, n’hésitez pas à demander de l’aide aux structures relais mentionnées en fin de fiche si vous recherchez un produit particulier.

Voici trois exemples de produits du service de surveillance des terres qui peuvent être particulièrement utiles pour les missions du pôle ministériel et en particulier dans l’aménagement du territoire.

  • Corine Land Cover (voir fiche)

  • Urban Atlas : produit en 2006 et 2012, il couvre 700 villes européennes. Cette base d’occupation du sol (l’unité minimum d’observation est de 250 m2) en 21 et 27 classes avec une précision de l’ordre de 5 mètres. Une couche d’évolution est également disponible. Il peut fournir un bon cadre de référence, directement exploitable dans un SIG pour le suivi de la croissance urbaine. (Plus d’informations sous ce lien)

  • Zones ripariennes : différentes couches d’occupation des sols, avec des postes spécifiques à ce type de milieu, sont dédiées aux zones longeant les principaux cours d’eau.

Copernicus pour la géomatique

L’Estuaire de la Garonne dans l’œil de Sentinel-2 (document Copernicus)

L’Estuaire de la Garonne dans l’œil de Sentinel-2 (document Copernicus)
 

Par leur fréquence d’acquisition, les données Sentinel-2 sont appréciées pour :

  • Repérer rapidement un changement, vérifier un état, qui sera ensuite analysé avec des images de meilleure résolution (voir fiche identification de nouvelles constructions).

  • Disposer d’une série d’images sur un territoire afin de comprendre son évolution : c’est le principe de construction de l’OSO et de Corine Land Cover.

  • Assurer le suivi hebdomadaire d’un phénomène régional (voir fiche suivi de la neige dans le bassin-versant de la Durance).

  • Par leur profondeur radiométrique, les données Sentinel-2 sont très utiles pour repérer des variations dans la vie végétative et identifier des éléments ayant une signature spectrale particulière (voir fiche Suivi des panaches turbides et des blooms phytoplanctoniques).


 

Land Monitoring Earth (Source : GeoVille)
Land Monitoring Earth. Ce site Web développé par GéoVille est une bonne porte d’entrée pour découvrir l’intérêt de Sentinel-2. Il offre une navigation simple dans un certain nombre de couches d’occupation du sol, et d’évolution de la dynamique végétale sur l’ensemble du globe, à 10 m de résolution, exploitant des images Sentinel-2 sur plusieurs années ainsi que les services Land Monitoring. Sur la région parisienne, il inclut le référentiel parcellaire graphique (RPG).

Modalités d'accès et accompagnement

Les plateformes d'accès

Les images Sentinel sont accessibles gratuitement depuis plusieurs sites :

Le SCI Hub (Copernicus Open Access Hub) permet d‘accéder à l’ensemble des données Sentinel-1, 2 et 3. Dans l’interface, l’utilisateur définit précisément la zone, le type de données recherchées, la période temporelle. Il faut s’enregistrer pour accéder aux images (formulaire sous ce lien, explications sous ce lien) et les télécharger (via un panier). Les mêmes données sont accessibles en flux grâce à des API (API Hub). Les images Sentinel-2 sont proposées sous forme de dalles de 100 km de côté, en niveau 1C (images orthorectifiées en projection géographique – WGS84 - sans corrections atmosphériques) et 2A (réflectance au sol).

Copernicus Open Access Hub permet d’accéder aux images Sentinel-1, 2 et 3 après inscription.

Copernicus Open Access Hub permet d’accéder aux images Sentinel-1, 2 et 3 après inscription.

 

PEPS (Plateforme d’exploitation des produits Sentinel) a été développé par le CNES et permet d‘accéder aux images Sentinel-1 et 2.

Pour les utilisateurs inscrits sur Theia, il est possible d’accéder directement aux images Sentinel-2 de niveau 2A et 3A. Le niveau 2A fournit une réflectance de surface corrigée des effets atmosphériques accompagnée d’un masque de nuages et de leurs ombres, il n’utilise pas la même chaîne de traitement que le Hub Copernicus. Le niveau 3A fournit des images composites (les pixels peuvent provenir d’images acquises à différentes dates, sur une période de 45 jours) sans nuages.

Les 5 « Data and Information Access Services », alias Copernicus DIAS ont été lancés en 2018. Ils proposent des interfaces d’accès à l’ensemble des informations Copernicus basées sur le Cloud ainsi que des services de traitements et à valeur ajoutée.

  • Creodias : Interface d’exploration des données Landsat et Sentinel très simple et intuitive avec possibilité de créer différentes compositions colorées.

  • Mundi : Parmi les applications tierces (marketplace), une mosaïque mondiale Sentinel-2 sans nuages réalisée par EOx, avec comparaison 2016-2018.

  • Sobloo : Son interface d’exploration spatio-temporelle met en avant le nombre d’images disponibles.

  • Wekeo : Le site est plutôt centré sur l’exploitation des données Sentinel-3 et nécessite de s’enregistrer même pour consulter.

  • Onda : Interface d’exploration et quelques services parmi lesquels des outils de traitement radar Harris.

Compte tenu du flux continu de données qui arrivent des satellites, les images les plus anciennes ne sont pas en ligne, mais stockées sur des disques. Leurs descriptions (métadonnées) restent accessibles sur les catalogues, mais l’accès aux données elles-mêmes prend jusqu’à 24 heures. Les produits Sentinel-1 et Sentinel-2 sont mis en archive au bout de 12 à 18 mois.

Des structures relais

Sept structures françaises, officiellement homologuées « Copernicus Relays  » peuvent vous aider en fournissant formation et documentation, en intervenant dans vos conférences ou en vous appuyant dans le développement d’applications thématiques.

À ces 7 relais Copernicus officiels, il faut ajouter le pôle Theia, très actif autour des données Sentinel.

Les académies Copernicus relient les structures de recherche et d’enseignement au monde professionnel. Là aussi vous trouverez des ressources de formation.

En France, une quinzaine d’organismes bénéficient du label « Copernicus Academy » : AgroParisTech - Institut des Sciences et Industries du Vivant et de l'Environnement ; Bordeaux INP, Aerocampus Aquitaine ; Bordeaux Sciences Agro ; Montpellier Sup Agro ; CNRS-INSU ; École Nationale des Sciences Géographiques (ENSG) ; European Space Sciences Committee ; GIS Bretagne Télédétection ; IDGEO ; Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-SUPAERO) ; La Cité de l’espace, Toulouse ; LATMOS-IPSL ; MINES ParisTech, Centre Observation, Impacts, Energy (O.I.E.) ; The International Space University ; Université Côte d’Azur ; Université Toulouse III - Paul Sabatier ; VisioTerra

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